[发明专利]固支边界条件的深水爆炸冲击波等效加载实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种爆炸与冲击动力学及力学实验装置，特别是一种通过撞击产生等效深水爆炸冲击波载荷及其作用下测试结构力学响应的实验装置。

背景技术

海洋工程结构通常在海水腐蚀、高低温、瞬态冲击荷载等恶劣环境下工作，承受的主要冲击载荷包括碰撞、三维流体载荷作用等。此外，舰船结构还面临武器打击威胁，须应对来自于水面和水下的爆炸载荷作用。目前，对于水下爆炸冲击波作用在海洋结构物上的实验研究较少，而是主要利用ABAQUS、LS-DYNA、AUTODYN等有限元仿真软件进行模拟研究，由于缺少必要的实验验证很难证明软件仿真的准确性。因而，通过实验手段研究海洋结构物和材料在水下爆炸冲击波载荷作用下的响应显得尤为重要。现有的实验手段集中在水池爆炸实验和等效靶板实验，由于传统爆炸实验的可控性差、效率低、成本高、危险系数高、对实验环境要求高等缺点，设计一种水下爆炸冲击波等效加载实验测试系统和测试方法将具有重要的工程意义。

目前，相关水下爆炸等效加载实验装置的研究在国内外相对较少。美国西北大学于2006年研究了直接碰撞转水中脉冲经扩张涵道测试蜂窝夹层复合材料板系统。2010年，美国佐治亚理工大学研究直接碰撞转水中脉冲经等截面涵道测试夹层复合材料板系统。国内，北京理工大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学分别进行了水下爆炸等效加载实验装置的设计与研究，取得了一定的进展

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在不使用炸药的情况下实现多种水深环境下的水下爆炸冲击波等效加载，可实现对多种材料水下爆炸冲击作用下的力学响应实验测试的固支边界条件的深水爆炸冲击波等效加载实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

包含发射系统、测速系统、高压水舱系统、电测系统和液压系统，

所述发射系统包括发射管和位于发射管前端的高压气室，

所述高压水舱系统包括高压水舱，待测板材试样安装在高压水舱的末端，高压水舱的前端设置阻挡片，高压水舱上开有放气孔、冲击波测量装置安装口和注水口，

所述发射系统与高压水舱系统呈一字型水平布置，即发射管末端与高压水舱前端相对，

测速系统安装在发射管末端与高压水舱前端之间，

所述液压系统包括低压水箱、换压器和油泵，低压水箱通过第一高压水管与换压器相连，换压器通过第二高压水管与高压水舱上的注水口相连，换压器通过高压油管连接油泵，

所述电测系统包括高频压电传感器、信号放大器以及计算机，高频压电传感器安装在冲击波测量装置安装口内、并通过信号传输线将电信号传输到信号放大器，信号放大器通过数据传输线将处理后的电信号传输到计算机。

本发明还可以包括：

1、所述测速系统包括两个激光发射器、两个激光接收器以及激光测速仪，两个激光发射器水平并排放置并固定，两个激光接收器与两个激光发射器相对放置并固定，两组激光器平行间距为50mm。

2、所述高压水舱由两个环形支架水平固定安装在底座上。

3、高压气室壁上安装有压力表、触发开关，子弹安装在发射管内，且子弹直径与发射管内径相等，通过调节高压气室内压力控制子弹发射速度。

4、高压水舱为等外径圆柱管，高压水舱前端内径大于末端内径，放气孔上布置有一截止阀，高压水舱前端设置限制阻挡片向外移动的挡板，所述挡板为法兰结构。

5、换压器上部分截面直径小于下面部分，上部分为水，下面为油，利用换压器上下截面不同，通过油泵调节换压器下面部分油柱的高度，改变高压水舱内水压。

本发明针对已有相关水下爆炸冲击波等效加载实验设备的局限性以及测试技术的不足问题，提出了一种固支边界条件的深水爆炸冲击波等效加载实验装置，在不使用炸药的情况下，能够实现多种水深环境下的水下爆炸冲击波等效加载，通过改变发射系统的子弹速度，可改变水下爆炸冲击波波峰值，同时该发明装置也可实现对多种新型材料水下爆炸冲击作用下的力学响应实验测试。

本发明的实验测试系统和测试方法相比已有相关实验设备有突出的技术改进和测试方法的改善，本发明的高压水舱可通过液压系统调节水压，从而模拟不同水深的高静水压环境。